DE4432705A1 - Steam generator for nuclear reactor - Google Patents

Steam generator for nuclear reactor

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Abstract

A steam generator for a nuclear reactor has at least one bundle of vertical tubes surrounded by a jacket, acting as a heat exchanger between opposite-flowing primary and secondary media. The tubes form a ring of two layers around the reactor core. The tubes have hanging U-bends. Circulating pumps for the primary medium form a building block within the casing. Risers from the reactor pass among the tubes and are adjustable in axial position. There are two seals between the risers and the tube bundle(s). Part of the inner casing of the steam generator forms the casing for the reactor pressure tank. To avoid thermal shocks, there is a cylindrical baffle plate around the tube bundle(s).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, der vorwiegend zur Dampferzeugung in Kernkraftwerken einzu­ setzen ist.The invention relates to a steam generator, the mainly for steam generation in nuclear power plants is put.

Die Dampferzeugung in einem Kernkraftwerk mit Druckwas­ serreaktor wird in Vertikalrohr-Wärmetauschern vorge­ nommen, die einerseits vom Primärmedium und andererseits vom Sekundärmedium, das die Dampfturbine treibt, durch­ strömt werden.Steam generation in a nuclear power plant with pressurized water serreaktor is featured in vertical tube heat exchangers taken on the one hand by the primary medium and on the other hand of the secondary medium that drives the steam turbine be flocked.

Die Bauart der Dampferzeuger wird als Geradrohr-Dampf­ erzeuger oder als U-Rohr-Dampferzeuger ausgeführt.The design of the steam generator is called straight tube steam generator or designed as a U-tube steam generator.

Die Bauarten dieser Dampferzeuger ist in der Druck­ schrift "Dubbel", 14. Auflage, Seiten 600 und 601, näher beschrieben. Die Anordnung der Dampferzeuger in einem Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor ist ebenfalls in der genannte Druckschrift (Seiten 584 u. 585) darge­ stellt.The designs of these steam generators is in print Font "Dubbel", 14th edition, pages 600 and 601, closer described. The arrangement of the steam generator in one Nuclear power plant with pressurized water reactor is also in the mentioned publication (pages 584 and 585) Darge poses.

Aus den Darstellungen geht nun hervor, daß der Material­ aufwand für den Geradrohr-Dampferzeuger wesentlich geringer ist als bei einem U-Rohr-Dampferzeuger und daß beim Geradrohr-Dampferzeuger Maßnahmen getroffen sind, um der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen den Bauteilen Rohrbündel und Behältermantel entgegen zu wirken. Weiterhin geht aus der genannten Druckschrift (Bilder 3 u. 4, Seite 585) hervor, daß die Anordnung der Agregate Reaktor, Dampferzeuger und Hauptkühlmittel­ umwälzpumpen großräumig ist.From the representations it now appears that the material expenditure for the straight tube steam generator essential is lower than with a U-tube steam generator and that measures have been taken for the straight tube steam generator are to the different thermal expansion between against the components of the tube bundle and container jacket to act. Furthermore goes from the mentioned publication (Pictures 3 and 4, page 585) shows that the arrangement of the  Agregate reactor, steam generator and main coolant circulating pumps is spacious.

Dieser Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ei­ nen Dampferzeuger anzugeben, bei dem die Vorteile der verschiedenen Dampferzeugerbauarten in einem Dampfer­ zeuger vereint werden und gleichzeitig eine kompakte Anordnung der Agregate Reaktor, Dampferzeuger und Hauptkühlmittelpumpen erreicht wird.This invention is now based on the object to specify a steam generator in which the advantages of different steam generator types in one steamer producers are united and at the same time a compact Arrangement of the units reactor, steam generator and Main coolant pumps is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dampf­ erzeuger der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, daß der Dampferzeuger im Doppelmantel den Reaktor ringförmig und schüsselartig umschließt.This object is achieved by a steam solved generator of the type mentioned above, that the steam generator in the double jacket the reactor encloses ring-shaped and bowl-like.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist einer der Rohrbündelböden gleichzeitig der Boden des Druckbe­ hälters der Primärkreisumschließung.According to an advantageous embodiment, one of the Tube bundle bottoms simultaneously the bottom of the pressure vessel of the primary circuit enclosure.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen werden die Strömungsgehäuse der Pumpen durch aus dem Reaktor geführten Steigrohren und durch die Dampferzeugeran­ strömkammer gebildet. Diese Anordnung läßt eine freie Gestaltung des Pumpenläufers als axiale und halbaxi­ ale Bauart zu. Der Boden der Dampferzeugeranströmkam­ mer wird als Montageplattform für die Motoren der Um­ wälzpumpen ausgebildet, wodurch die Pumpen einzeln, aber auch als Baugruppe, leicht demontierbar sind.According to further advantageous configurations the flow housing of the pumps through out of the reactor guided risers and through the steam generator flow chamber formed. This arrangement leaves a free Design of the pump rotor as axial and semi-axial all type too. The bottom of the steam generator came up mer is used as an assembly platform for the Um Rolling pumps designed, which makes the pumps individually, but can also be easily dismantled as an assembly.

Die Anordnung von Steigrohren im Dampferzeuger führt zur Umspülung dieser Leitungen vom Sekundärmedium und somit zur Druckentlastung der Leitungswand im steten Normalbetrieb. Um eine freie Ausdehnung der Steigrohre zu ermöglichen, werden diese im Rohrbündel­ boden axial beweglich gelagert und mit zwei Axialdich­ tungen, zwischen denen Sperrmedium aufgegeben wird, ausgestattet, wodurch ein Übertritt des Primärmedi­ ums in den Sekundärkreislauf verhindert wird.The arrangement of risers in the steam generator leads for flushing these lines from the secondary medium and thus to relieve pressure in the line wall in the constant normal operation. To free expansion of the To enable riser pipes, these are in the pipe bundle  base axially movable and with two axial seals between which barrier medium is placed, equipped, whereby a transfer of the primary medi to prevent it from entering the secondary circuit.

Die Gestaltung der Wärmetauscherrohre mit durchhängen­ dem Rohrbogen führt zum Ausgleich der unterschiedli­ chen Ausdehnung der Rohre zum inneren Dampferzeuger­ mantel.Sag the design of the heat exchanger tubes the elbow compensates for the differences Chen expansion of the pipes to the inner steam generator coat.

Die Ausführung des Dampferzeugers mit einem inneren, den Reaktor umschließenden Zylinder führt zur Druck- und Temperaturentlastung dieser Wandung bei allen Be­ triebszuständen.The execution of the steam generator with an inner, cylinder surrounding the reactor leads to pressure and temperature relief of this wall for all loading drive states.

Umströmungstechnisch symmetrische Verhältnisse bei der Anströmung des Dampferzeugerrohrbündels zu erreichen, ist über den Einströmstutzen ein Formteil zur Strö­ mungsführung vorgesehen. Die Strömungsführung bewirkt gleichzeitig eine gleichmäßige Temperaturverteilung im darüberliegendem Rohrboden.Flow-related symmetrical conditions at the To reach the flow of the steam generator tube bundle, is a molded part to the flow over the inlet connection guidance provided. The flow control causes at the same time an even temperature distribution in the overlying tube sheet.

Zur Vermeidung von Temperaturschocks am Rohrbündelbo­ den durch Kalteinspeisung ist an dem Rohrboden ein Ring - ebenfalls zur Strömungsführung - vorgesehen.To avoid temperature shocks on the tube bundle the cold feed is on the tube sheet Ring - also for flow guidance - provided.

Die wärmetechnische Auslegung des Dampferzeugers ist so vorgenommen, daß leicht überhitzter Dampf erzeugt wird. Bei dieser Auslegung haben die beiden am Wärmetausch beteiligten Medien die geringste Temperaturdifferenz, was zu größtmöglichen Wirkungsgrad führt.The thermal design of the steam generator is like this made that slightly superheated steam is generated. With this design, the two have a heat exchange media involved the lowest temperature difference, which leads to the greatest possible efficiency.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere in der kompakten Bauweise, in der Vermeidung von großen Temperaturdifferenzen in einem Bauteil, in der Druckentlastung eines großen Anteiles der den Pri­ märkreislauf umhüllenden Wandungen sowie in der Prüf­ barkeit aller Bauteile und in der sich durch diese Vor­ teile ergebenden Erhöhung der passiven Sicherheit.The advantages achieved with the invention are special in the compact design, in avoidance of large temperature differences in a component, in  the pressure relief of a large proportion of the Pri walls surrounding the circulation and in the test Availability of all components and in which this is possible partial resulting increase in passive safety.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand ei­ ner Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur einen Dampferzeuger kompakter Bauart, in dem der Reak­ tor und die Hauptkühlmittelpumpen integriert sind, wo­ bei der Dampferzeuger im Doppelmantel den Reaktor ringförmig und schüsselartig umschließt.An embodiment of the invention is based on ei ner drawing explained in more detail. In it the figure shows a compact steam generator in which the Reak gate and the main coolant pumps are integrated where at the steam generator in the double jacket the reactor encloses ring-shaped and bowl-like.

Der Dampferzeuger 1 umfaßt drei Funktionseinheiten, wo­ bei die Funktionseinheit A ein wärmeerzeugender Kern­ reaktor 22 ist, wobei die Funktionseinheit B Umwälz­ pumpen 12, 13 für ein Primärmedium sind, und wobei, die Funktionseinheit C ein Wärmetauscherrohrbündel 21 ist.The steam generator 1 comprises three functional units, where the functional unit A is a heat-generating core reactor 22 , the functional unit B circulating pumps 12 , 13 for a primary medium, and wherein, the functional unit C is a heat exchanger tube bundle 21 .

Die Funktionseinheit A wird von einem Rohrbündelboden 2, dem Behältermantel 3, dem Behälterschuß 4 mit den Steigrohraustrittsstutzen 5, den Steigrohren 6 und den Deckel 7 gebildet.The functional unit A is formed by a tube bundle base 2 , the container jacket 3 , the container section 4 with the riser pipe outlet connection 5 , the riser pipes 6 and the cover 7 .

Die Funktionseinheit B wird durch den Deckel 8, dem Kam­ mermantel 9, 10, dem Rohrbündelboden 11, dem Pumpenläu­ fer 12 und dem Motor 13 gebildet.The functional unit B is formed by the cover 8 , the chamber jacket 9 , 10 , the tube bundle base 11 , the pump rotor 12 and the motor 13 .

Die Funktionseinheit C umfaßt als Bauteile die Eintritts­ stutzen 14, 15, den Boden 16, den Strömungsumlenkeinsatz 17a, der Stauwand 17b, den Mantel 18, den Austrittsstut­ zen 19, 20, den Rohrböden 11/2 und das den Ringspalt fül­ lenden Rohrbündel 21.The functional unit C includes as components the inlet nozzle 14 , 15 , the bottom 16 , the flow deflecting insert 17 a, the baffle 17 b, the jacket 18 , the outlet nozzle 19 , 20 , the tube sheets 11/2 and the tube gap filling ring bundle 21 .

Das Primärmedium P strömt vom Reaktor 22 über die Steig­ rohre 6 und durch die Pumpenlaufräder 12 in die Dampf­ erzeugerrohrkammer 23 und von hier durch die Rohre des Rohrbündels 21 zurück in den Reaktor 22.The primary medium P flows from the reactor 22 via the riser tubes 6 and through the pump impellers 12 into the steam generator tube chamber 23 and from here through the tubes of the tube bundle 21 back into the reactor 22 .

Das Sekundärmedium S strömt von den Eintrittsstutzen 14, 15 gegen den Strömungslenkeinsatz 17a und zwischen den Rohren des Rohrbündels 21 zu den Austrittsstutzen 19 u. 20.The secondary medium S flows from the inlet port 14 , 15 against the flow control insert 17 a and between the tubes of the tube bundle 21 to the outlet port 19 u. 20th

Die Versorgungsleitungen für die Funktionseinheit A werden über die Anschlußstutzen 24 in die Dampferzeu­ gervorkammer 23 eingeleitet.The supply lines for the functional unit A are introduced via the connecting piece 24 into the steam generator chamber 23 .

Die Steigrohrabdichtung 25 wird über den Stutzen 26 mit Sperrmedium versehen.The riser pipe seal 25 is provided with sealing medium via the connector 26 .

Die Hauptabmessungen eines Dampferzeugers einer mittle­ ren Leistungsgröße sind mit den Abmessungen der Länge des Rohrbündels L vom etwa 20 in, dem Außendurchmesser D1 von etwa 5,2 m, dem inneren Durchmesser D2 von et­ wa 3 m und der inneren Raumhöhe H des Reaktors von etwa 8 m gegeben.The main dimensions of a steam generator are medium their power size are with the dimensions of the length of the tube bundle L of about 20 in, the outer diameter D1 of about 5.2 m, the inner diameter D2 of et wa 3 m and the internal room height H of the reactor of about Given 8 m.

Diese Abmessungen werden in Typenreihen entsprechend ab­ gestuft, so daß die Produktanpassung aufgrund erarbeite­ ter Typen z. B. 200 MWe, 400 MWe und 600 MWe gegeben ist.These dimensions are reduced accordingly in type series graded so that the product adaptation based on elaborate ter types z. B. 200 MWe, 400 MWe and 600 MWe is given.

Claims (12)

1. Dampferzeuger für einen Kernreaktor mit mindestens einem von einem Behältermantel umgebenen Vertikalrohr­ bündel zum Wärmetausch zwischen einem Primärmedium P und einem Sekundärmedium S, wobei die Medien P, S im Gegenstrom zueinander geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalrohrdampferzeuger den Reaktor im Doppelmantel ring- und schüsselartig umschließt.1. Steam generator for a nuclear reactor with at least one vertical tube bundle surrounded by a container jacket for heat exchange between a primary medium P and a secondary medium S, the media P, S being guided in countercurrent to one another, characterized in that the vertical tube steam generator rings the reactor in a double jacket. and encloses like a bowl. 2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbündelboden gleichzeitig Boden eines Druckbehäl­ ters einer Primärkreisumschließung ist.2. Steam generator according to claim 1, characterized in that the Pipe bundle bottom also the bottom of a pressure vessel ters of a primary circuit enclosure. 3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel aus Rohren mit hängenden Rohrbogen gebildet ist.3. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that the Pipe bundle formed from pipes with hanging pipe bends is. 4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrkammer des Dampferzeugers ein Pumpenströmungsgehäu­ se bildet.4. Steam generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a Pipe chamber of the steam generator a pump flow housing se forms. 5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Um­ wälzpumpen für das Primärmedium eine Baueinheit mit ei­ nem Dampferzeugerdeckel bilden.5. Steam generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that order Rolling pumps for the primary medium a unit with egg Form a steam generator cover. 6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Steig­ rohre aus dem Reaktor durch den Dampferzeuger geführt sind. 6. Steam generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that climb pipes out of the reactor through the steam generator are.   7. Dampferzeuger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Steig­ rohre aus dem Reaktor die Anströmseite der Umwälzpum­ pen bilden.7. Steam generator according to claim 5 or 6, characterized in that climb pipes from the reactor to the inflow side of the circulating pump pen form. 8. Dampferzeuger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigrohre im Rohrbündelboden axial verschiebbar sind.8. Steam generator according to claim 6 or 7, characterized in that the Riser tubes are axially displaceable in the tube bundle base. 9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung zwischen Steigrohr und Rohrbündelboden zwei Dichtungen vorgesehen sind, wobei zwischen den Dich­ tungen ein Sperrmedium aufgebbar ist.9. Steam generator according to one of claims 6 to 8, characterized in that for Sealing between riser pipe and tube bundle bottom two Seals are provided, being between the you a barrier medium can be applied. 10. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des inneren Mantels des Dampferzeugers den Mantel des Reaktordruckbehälters bildet.10. Steam generator according to one of claims 1 to 9, characterized in that a Part of the inner jacket of the steam generator's jacket of the reactor pressure vessel. 11. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im sekundärseitigen Anströmbereich des Dampferzeugers ein Formteil zur Strömungsführung eingebaut ist.11. Steam generator according to one of claims 1 to 10, characterized in that in secondary flow area of the steam generator Molded part for flow guidance is installed. 12. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Wärmeschocks um den Rohrbündelboden ei­ ne zylindrische Stauwand vorgesehen ist.12. Steam generator according to one of claims 1 to 11, characterized in that for Avoiding thermal shocks around the tube bundle base ne cylindrical baffle is provided.
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